Rollup nel mondo cripto: li sentiamo spesso nominare, ma cosa sono esattamente? In questo articolo Crypto.it ce lo spiega in modo semplice.
Lightning Network di Bitcoin, la prima soluzione di scalabilità della blockchain, risale al 2017. Da allora gli sviluppatori hanno proposto un numero crescente di soluzioni di scaling, tra cui i rollup, la principale soluzione di scaling per Ethereum oggi.
I rollup sono stati distribuiti sulla blockchain di Ethereum alla fine del 2020 e all’inizio del 2021. In questo articolo li esploriamo in modo semplice e completo.
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Rollup nel mondo cripto: quello che devi sapere
La struttura
A differenza degli state channel che spostano sia i dati che il calcolo fuori dalla catena, o dei plasma che inviano prove di calcolo merkelizzate sulla chain, WOOFi scala gestendo le transazioni fuori dal Layer 1 e pubblicando al contempo dati compressi sul L1, in modo che lo stato sul L2 possa sempre essere ricostruito. Le transazioni sono scritte come calldata su Ethereum, garantendo la completa disponibilità dei dati on-chain. Ma quando un validatore del rollup L2 pubblica on-chain un’asserzione che “arrotola” tutte le chiamate e i loro risultati in un’unica transazione L1, come facciamo a sapere che l’asserzione è corretta?
Questo è ciò che divide i rollup in due tipi: rollup ottimistici e rollup a conoscenza zero (ZK).
Rollup ottimistici
Una transazione in un rollup ottimistico, non viene accompagnata da una prova che ne garantisca la validità. Invece, il validatore che fa l’asserzione pone una garanzia e c’è un periodo di tempo durante il quale chiunque può contestare l’asserzione con la propria garanzia, in modo simile a come funziona la prova di frode nei Plasma.
Se l’assertore non è corretto, il validatore perderà il suo legame; se il tempo di sfida termina senza alcun successo, l’asserzione viene accettata e diventa definitiva.
Rollup ZK
Al contrario, i validatori in un Rollup ZK devono produrre una prova a conoscenza zero (ZKP) per ogni asserzione, che viene verificata dal contratto Rollup sulla mainchain. Questa prova ZK conferma l’esistenza di una serie di transazioni, correttamente firmate dai proprietari. Queste aggiornano i saldi dei conti nel modo corretto e portano dalla vecchia radice Merkle a quella nuova. Di conseguenza, gli operatori non possono impegnare uno stato non valido o manipolato.
Pro e contro
Rispetto ai canali di stato o al plasma, i rollup offrono una migliore disponibilità dei dati, quindi non possono essere censurati dai validatori e garantiscono una maggiore sicurezza. Inoltre, supporta pienamente la partecipazione aperta e potrebbe essere completamente compatibile con tutte le applicazioni che girano su L1. Tuttavia, con la piena disponibilità dei dati, viene sacrificata una certa scalabilità.
Confrontando i due tipi di rollup, il vantaggio principale di OP rispetto a ZK è che sono molto flessibili nel calcolo generalizzato. Le macchine virtuali su rollup OP devono solo supportare la generazione di prove di frode, mentre le macchine virtuali su rollup ZK dovranno supportare la generazione di ZKP. Questo rende la migrazione alle L2 ottimistiche molto semplice per gli sviluppatori.
Su Ethereum, ciò significa che gli sviluppatori possono semplicemente scrivere codice in Solidity come farebbero sul L1. Le ZK-EVM sono in fase di sviluppo, ma al momento non esiste una singola parte in grado di fornire implementazioni compatibili con le EVM. Inoltre, le generazioni ZKP sono al momento piuttosto intensive dal punto di vista computazionale, il che significa che non saranno in grado di elaborare un numero di transazioni pari a quello dei rollup OP alla massima velocità.
Secondo un recente post di Vitalik, le prestazioni e la compatibilità delle ZK-EVM sono inversamente proporzionali, il che significa che più una ZK-EVM è compatibile con l’ambiente nativo di Ethereum, meno è efficiente. Ciò è dovuto al fatto che la EVM non tiene conto della compatibilità con ZK, rendendo molte operazioni difficili da provare con ZK.
La controparte
All’estremità opposta dello spettro, abbiamo delle ZK-EVM equivalenti ad un linguaggio di alto livello molto più veloci. Ma poiché funzionano compilando i programmi in un linguaggio esplicitamente costruito per essere ZK-prove-friendly, lo svantaggio è che sono meno compatibili con alcune applicazioni, come quelle che utilizzano bytecode EVM scritti a mano.
Inoltre, molte infrastrutture, come l’infrastruttura di debug o i client di esecuzione (software che gira su un nodo) di L1 non possono essere condivise con questo tipo di ZK-EVM.
Inoltre, in futuro, l’informatica quantistica potrebbe rappresentare una minaccia per la sicurezza fornita dalle ZKP, garantita dal fatto che attualmente non esiste un computer in grado di effettuare il reverse engineering.
Il vantaggio principale dei rollup ZK è che forniscono la massima sicurezza, perché gli stati sottoposti a L1 sono garantiti come validi, mentre gli utenti dei rollup OP hanno ancora bisogno di vivacità per verificare le transazioni rilevanti a causa degli aggregatori di terze parti, e la rete diventa più vulnerabile agli attacchi cripto-economici con l’aumentare del TVL.
Inoltre, poiché non sono necessarie prove di frode, la finalizzazione L1 è rispetto a tutte le altre soluzioni di scalatura. Queste devono infatti attendere il termine del periodo di sfida.
Inoltre, potrebbero avere un’impronta più piccola sulla blockchain. Questo perché i testimoni di Optimistic Rollup (firme digitali che provano il consenso delle parti in transazione) scalano linearmente con il numero di transazioni. Gli ZK Rollups invece sostituiscono tutti questi testimoni con una singola prova che scala in modo polilogaritmico con il numero di transazioni.
Inoltre, i rollup OP potrebbero avere problemi quando una prova di frode è troppo grande per essere presentata in una sola transazione. Infine, introducono anche una certa privacy per impostazione predefinita.
Casi d’uso
La Optimism Foundation ha istituito l’Optimism Rollup Project nel 2019 e la rete è entrata in funzione nel 2021. La produzione di blocchi è gestita da un’unica entità nota come sequenziatore, che costruisce, esegue i blocchi L2, i batch e invia le transazioni degli utenti al L1. Gli utenti possono anche inviare transazioni a L1 direttamente, per evitare qualsiasi censura. Il sequenziatore è attualmente centralizzato e gestito da Optimism.
Il team intende decentralizzare il sequenziatore entro il 2023, implementando un meccanismo economico che crei un mercato competitivo per il sequenziamento e un meccanismo di governance che impedisca ai sequenziatori di dare priorità ai profitti a breve termine rispetto alla salute a lungo termine della rete. Il team ha lanciato i token di governance nel maggio 2022 e il market cap dei token è di 833 milioni di dollari (CMC, al 20.03.2023).
Un altro progetto di OP rollup, Arbitrum, è stato sviluppato da off-chain Labs nel 2018. È stato fondato da un team composto da un professore di informatica e due dottorandi dell’Università di Princeton. Offchain Labs ha lanciato Arbitrum Nova nell’agosto del 2022, una sidechain modificata, destinata a progetti con elevati volumi di transazioni che cercano di ridurre ulteriormente i costi (ad esempio, progetti di gioco e sociali).
Mentre Arbitrum One, che è stata messa online nel settembre 2021, era una blockchain tradizionale di tipo roll-up. Per entrambe le catene, il sequenziatore, che controlla l’ordine delle transazioni, è attualmente centralizzato e gestito da Offchain Labs. Il team sta attivamente ricercando un algoritmo di sequenziamento equo decentralizzato.
Breve storia
Chiunque può scegliere di gestire un validatore, che può proporre blocchi o osservare il L2 per garantire un comportamento corretto. Arbitrum One ha anche una struttura più flessibile a prova di frode, con un proving interattivo a più round che svolge il maggior lavoro possibile fuori dalla catena per risolvere le controversie. Il team sostiene che questa soluzione è più efficiente.
ZkSync, fondata nel 2019 da Matter Labs, utilizza ZK rollup. ZkSync v1.0 è entrato in funzione nel giugno del 2020, scalando i pagamenti su Ethereum. Con zkSync, un operatore zkSync centralizzato – che utilizza l’API – invia tali transazioni. Quindi, l’operatore esegue il roll up delle transazioni e invia l’hash radice di un nuovo stato, il delta di stato (una piccola quantità di dati per ogni transazione che indica il cambiamento di stato) insieme alla prova crittografica delle transazioni. Il team ha recentemente rilasciato zkSync 2.0, la rete di test ZK-EVM Alpha che consente di scalare il rollup ZK in modo più generale.
Al momento, la ZK-EVM di zkSync è considerata un “tipo 4 (equivalente a un linguaggio di alto livello)”. ZK-EVM nel post di Vitalik citato in precedenza, che compila il codice in un linguaggio ZK-friendly e ha le migliori prestazioni ma la minore compatibilità con EVM.
StarkEx, fondato da Starkware nel 2018, è un altro progetto che utilizza il rollup scaling di ZK. Utilizza un approccio più personalizzato per i progetti a bordo. Attualmente ha sette clienti che integrano Starkex nella loro DApp e sono distribuiti su Ethereum. Poiché StarkEx è alimentato da Cairo, un linguaggio di programmazione Turing-completo progettato per ZK-STARK, le DApp scritte in Solidity non possono essere distribuite direttamente.
Le caratteristiche più interessanti
Le applicazioni inviano le transazioni al servizio centralizzato StarkEx, che le elabora, genera le prove, le raggruppa e le invia a L1. StareEx offre inoltre agli utenti uno spettro di disponibilità dei dati. Questo consente loro di scegliere quali dati memorizzare on-chain o off-chain, bilanciando i requisiti di sicurezza con i costi. In un recente articolo, il team svela la propria strategia di decentralizzazione per un meccanismo di elezione del leader senza autorizzazione (proof-of-stake) e per il pagamento delle commissioni di transazione on-chain, entrambi supportati da un token nativo.
Il team di Scroll, nato nel 2022, ha costruito zkEVM con il gruppo Privacy and Scaling Explorations della Fondazione Ethereum per oltre un anno. Utilizza zkRollup, equivalente a EVM, per scalare e la sua architettura è composta da tre parti: i nodi scroll che costruiscono i blocchi, la rete roller che genera le prove e i contatti intelligenti che forniscono la disponibilità dei dati e la verifica per consentire le transazioni. Il progetto è attualmente in fase di Pre-Alpha testnet, con circa 50k transazioni sulla sua L2.
Infine, Polygon Zero è la soluzione EVM che Polygon sta sviluppando grazie alle acquisizioni di ZK-Rollups Hermez e Mir di quest’anno. Il team sostiene che la sua nuova tecnologia di verifica, Plonky2, è il più veloce generatore a prova di ZK. Polygon Zero è composto anche da nodi per le transazioni di dati e da prover per la generazione di prove. Inoltre, il team ha proposto una struttura di incentivi con MATIC.
